[发明专利]Li-N-H体系储氢材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Li‑N‑H体系储氢材料及其制备方法，由LiNH₂、LiH和少量碱金属硫酸盐添加剂组成。其制备方法是：LiNH₂和LiH的摩尔比为1:1.1，添加剂的摩尔百分含量为0.5‑5mol%，在保护气体条件下，通过在1MPa氢气气氛下球磨处理，制备Li‑N‑H体系储氢材料粉体。本发明开发了一种放氢速度快、循环稳定性好的新型Li‑N‑H体系储氢材料，使得Li‑N‑H体系的放氢峰值温度降低了25‑39℃，有效提高了其吸放氢动力学性能，有效促进该类储氢材料的实用化进程。该材料的制备方法操作简单易行，添加剂廉价易得，制备成本低，具有产业化前景和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种储氢材料及其制备方法，特别是涉及一种配位氢化物储氢材料及其制备方法，应用于固态储氢技术领域。

背景技术

随着能源紧张与环境污染问题的日益凸显，新能源和清洁能源的开发利用受到人们越来越多的关注。在众多新能源中，氢能被人们寄予了厚望。氢能体系主要包括氢的生产、储存和运输、应用三个环节，而氢能的储存是关键，也是目前氢能应用的主要技术障碍之一。目前的储氢技术主要分为气态、液态和固态存储。固态储氢因其安全性和储氢密度高而研究最为广泛。在固态储氢材料中，Li-N-H体系储氢材料因具有储氢容量高、可逆性能好等优点而受到广泛关注，但存在放氢温度过高、放氢速度慢等问题。针对以上问题，许多学者通过不同的方法来改善其性能，比如细化粒度，加入合适的添加剂，改善加热方法等，其中，添加剂的引入在改善储氢性能方面获得了比较显著的效果。

Ichikawa等的研究结果表明，纳米尺寸的Ti，TiO₂以及TiCl₃对Li-N-H体系具有非常好的催化作用(Journal of Alloys&Compounds，404，439-42，2005)，但是该方法对添加剂的尺寸有较高要求，添加剂制备成本较高。Yang等通过离子体金属反应制备了一系列尺寸为200-400nm的LiNH₂-LiH-xMg(BH₄)₂(x＝0-2)样品(Physical Chemistry ChemicalPhysics，14，2857-63，2012)，样品表现出良好的储氢性能，储氢性能改善是因为减小了反应物之间的扩散距离并且存在三元混合物的自催化作用。该方法样品制备复杂，并且合成高纯度的Mg(BH₄)₂添加剂也很困难。David等人提出了关于Li-N-H体系吸放氢过程的离子迁移模型(Journal of the American Chemical Society，129，1594-601，2007)，他们认为吸放氢的速度取决于Li离子和H离子的迁移快慢程度。Zhang等的研究表明Li₂TiO₃在Li-N-H体系中表现出优异的催化作用，认为是Li₂TiO₃特殊的晶体结构有利于Li离子的迁移，提高了体系中Li离子的扩散从而提高了体系的储氢性能(RSC Advances，5(24)，18375-18378，2015)，但是Li₂TiO₃价格成本较高。总之，现有的Li-N-H体系储氢材料普遍存在吸放氢温度过高和吸放氢速度慢的缺点，影响了储氢材料的实用化进程，限制了对氢能源的广泛利用。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种Li-N-H体系储氢材料及其制备方法，开发了一种放氢速度快、循环稳定性好的新型Li-N-H体系储氢材料，该材料的制备方法操作简单易行，制备成本低，能够显著改善Li-N-H体系储氢材料的吸放氢性能，有效促进该类储氢材料的实用化进程。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Li-N-H体系储氢材料，由LiNH₂和LiH组成Li-N-H体系基础材料，在Li-N-H体系基础材料中还添加碱金属硫酸盐作为添加剂，组成Li-N-H体系储氢材料。